关于完善我国压力容器压力管道定期检验规范体系的思考

关于完善我国压力容器压力管道 定期检验规范体系的思考 陈钢 ， 贾国栋 ， 谢铁军 ， 左尚志 ， 孙亮 ( 中国特种设备检测研究中心， 北京 1 0 0 0 2 9 ) 摘要： 简要介绍 了我国现行压力容器 、 压力管道定期检验规范体系， 并与相应的 A P I 规范进行 了对 比分析。针对经济性与安全性、 一般性与特殊性统一的需要 ， 技术进步的需要和转变检验思路的需 要， 提 出了完善我国现行压力容器、 压力管道定期检验规范体 系的思路。即： 对一般 性的压力容器 和压力管道， 沿用现行的压力容器、 压力管道定期检验规范体系； 对成套装置和特殊压力容器， 建立 包括风 险评估 、 合于使用评价、 在线检验检测的技术规范和标准的检验规范体 系。 关键词： 压力容器； 压力管道 ； 定期检验 ； 规范体 系； 基 于风险的检验 中图分类号： T一6 5 2 2 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 1 4 8 3 7 ( 2 0 0 6 ) 0 8 0 0 4 0 0 5 T h i n k i n g o n I mp r o v i n g o f t h e P e r i o d i c I n s p e c t i o n Re g u l a t i o n S y s t e m f o r P r e s s u r e Ve s s e l a n d P r e s s u r e P i p i n g i n Ch i n a C HE N G a n g ， J I A G u od o n g ， X I E T i e j u n ， Z U O S h a n gz h i ， S U N L i a n g ( C h i n a S p e c i a l E q u i p m e n t I n s p e c t i o n a n d R e s e a r c h C e n t e r ， B e i j i n g 1 0 0 0 29， C h i n a ) Ab s t r a c t ： I n t h i s p a per ， the c u r r e n t per i o d i c i n s p e c t i o n r e g u l a t i o n s t e m f o r p r e s s u r e v e s s e l and p ms s u m p i p i n g i n C h i n a i s b r i e fl y i n t r o d u c e d， c o mp a r i n g t o r e l a t e d A P I s t a n d a r d s and c od e s a n d RP s T o me e t the r e q u i r e me n t s o f h a r mo n i z i n g e c o n o mi c and s a f e t y ， h a r mo n i z i n g u n i v e r s ali t y and p a r t i c u l a r i t y ， t e c h n o l o g y d e v e l o p i n g ， c h a n g i n g i n s pec ti o n c o n c e p t ， the thi n k i n g o n i mp mv i n g of the peri odi c i n s pec t i o n reg u l a t i o n s y s t e m f o r p res s u r e v e s s e l and p res s u r e p i p i n g i n C h i n a i s p r o mo t e d， tha t i s e s t a b l i s h i n g the i n s p e c t i o n reg u l a t i o n s y s t e m f o r u n i t o r s p e c i al p res s u re v e s s e l s ， i n c l u d i n g ri s k a s s e s s i n g ， fi t n e s s f o r s e r v i c e and o n l i n e i n s pec t i o n， w h i l e c o n t i n u i n g to u s e the c u r r e n t peri o d i c i n s p e c t i o n reg u l a t i o n s t e m for c o n l I n o n p res s u re v e s s e l s and p res s u r e p i p i n g Ke y wo r d s： p res s u r e v e s s e l ； p res s u r e p i p i n g ； pe ri od i c i n s p e c t i o n； reg u l a ti o n s y s t e m； RBI 1 当前技术规范体 系的形成 压力容器、 压力管道作为涉及公共安全的特种 设备， 应当实施定期检验， 特种设备安全监察条例 第二十八条的规定“ 特种设备使用单位应当按照安 全技术规范的定期检验要求 ， 在安全检验合格有效 期届满前 1 个月向特种设备检验检测机构提出定期 检验要求 。检验检测机构接到定期检验要求后 ， 应 40 当按照安全技术规范的要求及时进行检验。未经定 期检验且检验不合格的特种设备， 不得继续使用。 ” 其中， 与压力容器、 压力管道的定期检验相关的安全 技术规范主要包括 压力容器安全技术监察规程 、 超高压容器安全技术监察规程 、 压力容器定期检 验规则 和 在用工业管道定期检验规程 等。 我 国目前 的压力容器 、 压力管道定期检验技术 规范， 其基本技术路线是通过检查和检测发现缺陷， 维普资讯 第 2 3卷第 8 期 压 力 容 器 总第 1 6 5期 根据缺陷情况评定容器 、 管道的安全状况等级， 根据 安全状况等级确定容器 、 管线 的定期检验周期 。这 一 技术路线的形成始于 2 0世纪 8 0年代初期， 针对 当时普遍存在 的压力容器缺陷严重 ， 制造质量“ 先天 不足” 这一现实， 根据“ 合于使用” 的原则对设备进行 安全状况分级， 将不能保证安全使用的设备报废淘 汰， 将虽有原始制造缺陷， 但仍能安全使用的设备保 留并加以分级管理。与此技术路线相匹配， 劳动部 于 1 9 8 7 年发布了文件 在用压力容器检验和缺陷处 理参考意见 ， 并在此基础上， 于 1 9 9 0 年颁布了技术 法规 在用压力容器检验规程 ， 正式以法规形式确 立了这一技术路线。2 0 0 3 年颁布的 在用工业管道 定期检验规程 ( 试行) 和 2 0 0 4年颁布的 压力容器 定期检验规则 也基本沿用了 1 9 9 0 版 在用压力容 器检验规程 的技术路线。 与此同时 ， 从 “ 七 五” 开始 ， 到“ 八 五” 、 “ 九五 ” 、 “ 十五” ， 以中国特种设备检测研究中心、 北京航空航 天大学 、 华东理工大学 、 合肥通用机械研究院等单位 为主的科研团队， 通过 国家攻关课题研究项 目， 致力 于开展缺陷的合于使用评价方法的研究工作， 取得 了丰硕成果。作为课题成果的集成， 形成了国家标 准 在用含缺陷压力容器安全评定 ( 含压力管道附 录) ， 进一步提高了我国压力容器和压力管道的合于 使用评价水平， 从合于使用评价的角度补充完善了 我国目前的压力容器 、 压力管道定期检验技术规范。 应当说， “ 发现缺陷、 判定等级、 确定周期” 这一技术 路线以及相应的技术规范和标准， 在解决我国在 2 0 世纪 8 0 年代初期压力容器和 2 0世纪 9 0 年代末期 工业管道所面临的最大面广的历史遗留问题， 保证 特种设备的安全使用等方面， 发挥了极大作用。 实践证明， 当前 的定期检验规范适用于量大面 广的一般性压力容器和压力管道的定期检验 ， 但 随 着我国经济的快速发展、 技术的不断进步， 压力容器 和压力管道的定期检验面临一些新 的问题。一方面 是承压类装置向大型化 、 高参数方向发展 ， 运行风险 和不可预见因素增加 ， 检验难度越来越大 ， 当前规范 对很多新的技术问题， 不能完全予以解决； 另一方 面， 我国加入 wr o和全球经济一体化的发展 ， 提 出 了装置长周期运行的客观需求， 传统的频繁停机的 检验思路不能适应这一需求。本文通过与美 国石油 协会( A P I ) 技术体系的对比， 提出了完善我国压力容 器 、 压力管道定期检验规范体系的一种思路 ， 与大家 共同探讨。 2 与 A P I 检验规范的对比 A P I 技术规范标准体系 ， 是一个涉及石 油化 工 的全过程的非常庞大的体系。该体系中的设备定期 检验规范 ， 是国际上比较先进 ， 被世界各大石化公司 普遍采用的设备定期检验规范 ， 包括从压力容器 、 压 力管道 、 常压储罐到安全排放装置等一整套的规范 和技术文件 ， 以压力容器的定期检验为例 ， 就包含了 A P I 5 1 0 ( 压力容器检验规范 、 A P I R r 5 8 0 ( 基于风险 的检验推荐方法 、 A P I 5 8 1 ( 基于风险的检验基础资 源文件 、 A P I R P 5 7 9 ( 合于使用评价推荐方法 等多 个规范或文件， 形成了从风险评估到定期检验再到 合于使用评价的完整的技术体系。 本文将我国的容器检验规范 压力容器定期检 验规则 与前 面所 述的 A P I 相关规范在几个 关键点 上进行对 比， 这对于完善我 国压力容器 、 压力管道定 期检验规范体系是十分有益的。 2 1 检验 周期 的对 比 2 1 1 我国规范 ( 1 ) 年度检查每年一次。 ( 2 ) 全面检验根据安全等级确定( 1 、 2 级容 器 6 年 ， 3级容器 3 6年一次 ) 。 ( 3 ) 耐压试验 每 2个检验周期进行一次 。 可见 ， 中国的检验规范对检验周期 的规定刚性 较大， 对于压力容器， 除个别情况外 ， 若要延长检验 周期， 必须经过严格的程序。 2 1 2 A P I 规范 ( 1 ) 外部检验每5年至少进行一次。 ( 2 ) 内部检验和在线检验( 这种在线检验是指可 以替代内部检验的在线评估) 检验周期不应超过按 照腐蚀速率评估的剩余寿命的一半或者 1 0年。如 果评估认为其安全运行时间少于 4年， 则检验周期 为其安全运行的剩余寿命， 最长不得超过 2 年。 ( 3 ) 耐压试验不是必须进行 ， 但检验结果认 为有必要时和经过修理 改造后 的压 力容器 ， 应进行 耐压试验 。 可见 ， A P I 规范对于检验周期 的规定是 比较柔 性的。此外 ， 还可根据风险评估 的结果确定检验周 期。 2 2 接纳 R B I ( 基于风险的检验 ) 和制定检验计划 、 选取 检 验方 法 的对 比 2 2 1 我国规范 当前规范没有接纳基于风险的检验 ， 制定检验 41 维普资讯 关于完善我国压力容器压力管道定期检验规范体系的思考 V o 1 2 3 N o 8 2 0 0 6 计划前， 不进行设备的风险分析， 根据上次定期检验 给出的固定检验周期制定检验计划， 检验员根据经 验选取检验方法。 2 2 2 A P I 规范 允许采用基于风险的检验， 依据 R B I 结果， 制定 设备的检验计划， 选取相应的检验方法。R B I 的评 价结果， 可用于合理地确定设备的检验周期。 2 3 接纳在线检验 的对比 2 3 1 我国规范 没有允许用在线检验代替停机的全面检验。 2 3 2 A P I 规范 可以采用在线检验替代内部检验， 但应满足如 下条件 ： ( 1 ) 受结构尺寸的限制或缺少人口， 不可能进行 内部检验； ( 2 ) 均匀腐蚀速率小于每年 0 1 2 5T n 、 剩余寿 命大于 1 0年， 且同时满足： 1 ) 介质对容器腐蚀特性 起码累计了5年或有同类介质可 比较的运行经验； 2 ) 外部检验未发现问题； 3 ) 运行温度不超过材料蠕 变温度范围的下限； 4 ) 不会有环境开裂和氢损伤； 5 ) 容器不是带极或极板堆焊。 2 4 考虑损伤方式的对比 2 4 1 我国规范 对于使用过程中可能产生的应力腐蚀裂纹 、 材 质劣化等损伤方式， 没有给出具体的评价方法。相 应的缺陷评定标准中对于使用中产生的缺陷评价， 也仅适用于局部减薄和非材质劣化类裂纹的评价。 2 4 2 A P I 规范 涵盖的损伤方式主要为使用中可能产生的损 伤， 包括腐蚀( 全面腐蚀、 点蚀等局部腐蚀) 、 疲劳损 伤、 蠕变损伤、 超温损伤、 氢损伤、 氢脆( 氢致裂纹、 应 力导向氢致裂纹等) 、 应力腐蚀裂纹。当存在以上损 伤方式的可能时 ， 应增加必要的检查方法 ， 其检查结 果可根据 A P I R P 5 7 9进行合于使用的评价。A P I R P 5 7 9 可进行的评价类型包括脆 断评价 、 均匀减薄 评价、 局部减薄评价 、 点蚀评价、 气泡和起层评价、 焊 接未对正和壳体变形评价、 裂纹型缺陷评价、 蠕变区 域内工作元件评价和火灾危害性评价。 2 5 检验 结论的 对 比 2 5 1 我国规范 根据检验结果 ， 主要是针对缺陷的情况 ， 给出容 器的安全状况等级， 并根据安全状况等级确定容器 检验周期。 42 2 5 2 A P I 规范 对检验结果进行综合评价， 以保证容器在给定 工况条件下安全使用为前提， 根据容器的剩余寿命 ， 确 定容器的检验周期 。 2 6 小 结 通过上述对比分析可知， 我国当前的定期检验 规范在适用于量大面广的一般性压力容器和压力管 道的定期检验的同时 ， 对于大型成 套装置和特殊压 力容器的定期检验 ， 还有进一步完善之处 ： ( 1 ) 我国尚未建立自己的 R B I 技术规范， 国外的 R B I 技术规范， 在某些方面并不适合我国的具体情 况 ， 如未考虑制造质量对风险的影响。 ( 2 ) 我国规范规定的检验周期刚性较大， 不能完 全满足大型成套装置长周期运行的客观需求。 ( 3 ) 我国规范尚未允许采用在线检测代替全面 检验 ， 既与长周期运行的要求不相适应 ， 又在一定程 度上限制了检测技术 的发展。 ( 4 ) 我 国当前 的缺陷评定标准 更多针对制造缺 陷， 使用中产生的缺陷的评价仅适用于局部减薄和 非材质劣化类裂纹， 并且， 法规对合于使用评价有非 常严格的限制， 使得这一技术难以得到真正应用。 ( 5 ) 未强制要求在检验计划制定前进行失效模 式和风险分析， 使得检验方法的选取取决于检验人 员的水平和经验， 从总体上具有一定的盲目性。检 验周期的确定与设备的剩余寿命无直接关系， 其依 据的科学性尚不充分。 ( 6 ) 对于特殊、 复杂性设备， 还缺乏明确、 具体的 技术指导。 3 完善我国当前压力容器、 压力管道定期检验规范 体 系的必要性 通过与国际上先进的 A P I 规范的对比， 并结合 国内当前的客观需求可知， 对我国当前的压力容器、 压力管道定期检验规范体系进行完善已经迫在眉 睫， 其必要性主要体现在以下几个方面。 3 1 大型成套装置长周期 安全运行 的需要安 全性与经济性和谐统一、 一般性与特殊性统筹兼顾 的 需要 如前所述， 我国当前的定期检验规范体系对于 量大面广的一般性压力容器和压力管道的定期检验 发挥了重要作用。同时， 我国加入 W T O以后， 各个 行业均面临着国际市场残酷而激烈的竞争， 其中很 重要的一点就是成本 的竞争。对 于流程工业来讲 ， 维普资讯 第 2 3卷第 8 期 压 力 容 器 总第 1 6 5期 最有效降低成本的办法之一就是延长成套装置的运 行周期。与国外相 比， 我国成套装置的停产检修周 期要短得多。考虑到单套装置停产对上、 下游生产 的影响， 我 国企业的运行成本在竞争中明显处于劣 势。有鉴于此， 国内大型承压类成套装置的使用单 位， 均提出了延长装置检修周期的要求。但是， 长周 期运行的首要前提就是安全， 没有安全， 长周期也就 失去了意义。解决这个 问题的实质是处理好安全性 与经济性的关系。但 目前的问题是， 由于长期以来 的思路是通过频繁停机检验来确保设备的安全， 面 对“ 长周期” 这一客观需求， 我们无论从基础数据、 法 规体系上， 还是从技术方法、 检验检测设备的手段 上 ， 都需要进行大量的工作 。因此 ， 对于一般性的压 力容器和压力管道 ， 沿用现行的压力容器 、 压力管道 定期检验规范体系； 对于成套装置， 建立与其长周期 运行需求相适应 、 针对性较强的检验规范体系， 即解 决好一般性与特殊性的关系， 已经成为当务之急。 3 2 受检 设备 复杂程度提 高的需要技 术进 步 的 需要 为 了满足市场需求 的不断增加 ， 应对 中国加人 WI O之后的竞争压力 ， 生产装置大 型化 、 高参数化 势在必行。如乙烯单套装置生产能力已经从最初的 每年几万吨， 发展到今天的每年近百万吨， 煤液化装 置中直径5 11 1 、 高2 0 111 的加氢反应器的最高工作温 度达4 5 4 c I= 、 最高工作压力达 2 0 M P a 、 最大壁厚达 3 4 0 I 1 1 1 1 、 重量达 1 9 0 0 t 。在装置大 型化 的发展过程 中， 很多技术都是首次应用， 不可预见因素增加， 目 前检验规范的技术要求 ， 无法覆 盖这一类容器。此 外， 近年来我国很多炼油装置的原料从低硫 、 低酸变 为高硫 、 高酸 ， 由于工况 趋于恶劣 ， 导致检验检测 和 结果判定的复杂程度大大增加。如果检验技术路线 和相应的检验规范不 以进行失效 机理分 析为前提 ， 不以掌握设备的剩余寿命为核心， 在检验方法的选 取 、 检验周期 的确定等方面 ， 就必然存在较大的盲 目 性 ， 长此以往 ， 就可能导致安全隐患。尤其对于一些 高风险设备， 由于参数很高， 装置巨大， 一旦发生事 故 ， 破坏将更为巨大， 损失将更 为惨重 ， 影响将更为 恶劣。因此， 对于特殊压力容器， 建立与复杂程度相 适应的检验法规体系， 是技术进步的需要。 3 3 检验 目标从 “ 解决先天不足” 到“ 防患于未然” 转变， 检验思路从“ ” 治病” 到“ 防病” 转变的需要 转变行业观念的需要 我国当前的定期检验规范体系， 从其建立的背 景看， 更多的是为了解决二十年前我国承压设备中 普遍存在的制造质量“ 先天不足” 问题， 是一种补救 措施， 而不是预防机制。如果说 ， 这个体系已经基本 解决了“ 生存” 问题的话 ， 那么， 面对当前经济发展 和技术进步所带来的客观要求 ， 现在要进行的工作 ， 更多 的是解决“ 发展” 问题 ， 是“ 防患于未然” 的工作 。 如果不尽快开展这方面的工作 ， 随着装置的不断大 型化 、 高参数 ， 随着 运行周期 越来越 长 ， 暴露 的问题 也将越来越多 ， 安全隐患也将越来越大。如果用“ 发 现缺陷” “ 治病 ” 来概括 当前 的定期检验规范体 系 ， 那 么未来 的体系应 当是 “ 掌握机 理防病” 。 这实际上是一个转变行业现有定期检验观念的问 题。对我国当前压力 容器 、 压力管道定期检验规范 体系进行完善， 使其既适合中国国情， 又在技术上与 国际接轨， 适应经济发展、 技术进步的需要， 是转变 行业观念的需要。 4 对完善后的我国压力容器、 压力管道定期检验规 范体 系的思考 4 1 完善后的体 系概述 可以设想， 完善后的我国压力容器、 压力管道定 期检验规范体系总体 上 由两个模块构成 ， 充分体现 一 般性与特殊性、 安全性与经济性的统一。 第一个模块适用于量大面广的一般性压力容 器、 压力管道， 基本沿用现行的压力容器、 压力管道 定期检验规范体系。 第二个模块适用于成套装置和特殊压力容器。 该模块以风险评估和危险源辨识为前提， 根据评估 结果确定检验计划， 允许采用在线检测和合于使用 评价， 以设备的剩余寿命为检验核心， 根据剩余寿命 确定设备检验 周期 。这一模块包含典型成套装置 、 典型设备的检验指导规则， 包括风险评估 、 合于使用 评价 、 在线检验检测的技术规范和标准。 4 2第二模块的框图 第二模块的框图见图 1 ， 其左侧为实施检验的 检验过程 ， 右侧为与各个过程相对应 的检 验技术规 范或标准。 4 2 1 框图的过程说 明 ( 1 ) 对于成套装置内的设备， 应当首先对装置进 行风险评估和危险源辨识， 判定装置内设备的风险 ( 含失效可能性和失效后果 ) ， 其依据为 一般性风险 评估技术规范 和 成套装置、 特殊性设备检验规 则 ， 其中 成套装置、 特殊性设备检验规则 以相关 43 维普资讯 关于完善我国压力容器压力管道定期检验规范体系的思考 V o W 3 N o 8 2 0 0 6 的科研和基础数据 的积累为基础 ， 成熟一个颁 布一 个。在此基础上， 制定装置的检验计划 、 确定设备的 具体检验方法。 图 1 完善后的体系的第二模块检验框图 ( 2 ) 检验方式分为停机检验和在线检验， 对于按 照检验计划， 在装置停机前应进行检验的设备， 实施 在线检验。 ( 3 ) 对于停机检验或在线检验 中发现缺陷的设 备， 无法进行修理的， 按照 合于使用评价规范 进行 合于使用评价。 ( 4 ) 通过检验结果汇总， 按照 成套装置、 特殊性 设备检验规则 和 设备损伤机理技术标准 确定各 台设备的剩余寿命和检验周期。 ( 5 ) 装置内各台设备剩余寿命确定以后， 综合考 虑动设备维修需要、 仪器仪表维护需要等其他影响 装置检修周期的因素， 根据 装置综合评价技术标准 或指导文件 确定装置的检修周期。对装置检修期 长于设备检验周期的设备 ， 应采用在线检测。 ( 6 ) 根据设备检验检测结果和剩余寿命分析结 果， 进一步完善风险分析结果， 在此基础上， 还可对 装置检验计划进行再调整。 4 2 2 第二模块的特点 ( 1 ) 涵盖各类装置 、 典型特殊设备的特殊性检验 规则，